EUROPA-FACHBUCHREIHE

für Kraftfahrzeugtechnik

FachkundeKraftfahrzeugtechnik

31. neubearbeitete Auflage

Bearbeitet von Gewerbelehrern, Ingenieuren und Meistern

Lektorat: R. Gscheidle, Studiendirektor, Winnenden – Stuttgart

VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG

Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten

Europa-Nr.: 20108

Autoren der Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik:

Brand, Mona Studiendirektorin München

Fischer, Richard Studiendirektor Polling – München

Gscheidle, Rolf Studiendirektor Winnenden – Stuttgart

Gscheidle, Tobias Dipl.-Gwl., Studiendirektor Filderstadt – Sindelfingen

Heider, Uwe Kfz-Elektriker-Meister, Trainer Audi AG Neckarsulm – Ellhofen

Hohmann, Berthold Oberstudiendirektor Eversberg

Keil, Wolfgang Oberstudiendirektor München

Lohuis, Rainer Dipl.-Ingenieur, Oberstudienrat Hückelhoven – Aachen

Mann, Jochen Dipl.-Gwl., Studiendirektor Schorndorf – Stuttgart

Renz, David M.Sc., Oberstudienrat Gomaringen –Stuttgart

Schlögl, Bernd Dipl.-Gwl., Studiendirektor Rastatt – Gaggenau

Wimmer, Alois Oberstudienrat Berghülen

Leitung des Arbeitskreises und Lektorat:

Rolf Gscheidle, Studiendirektor, Winnenden – Stuttgart

Bildbearbeitung:

Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Ostfildern

Alle Angaben in diesem Buch erfolgten nach dem Stand der Technik. Alle Prüf-, Mess- oder Instandsetzungs-arbeiten an einem konkreten Fahrzeug müssen nach Herstellervorschriften erfolgen. Der Nachvollzug der be-schriebenen Arbeiten erfolgt auf eigene Gefahr. Haftungsansprüche gegen die Autoren oder den Verlag sind ausgeschlossen.

31. Auflage 2019, korrigierter Nachdruck 2020Druck 5 4 3 2 Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern unterein-ander unverändert sind.

ISBN 978-3-8085-2325-4

Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.

© 2019 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenwww.europa-lehrmittel.de

Satz: Satz+Layout Werkstatt Kluth GmbH, 50374 Erftstadt Umschlag: braunwerbeagentur, 42477 Radevormwald 2 Umschlagfotos: Audi AG, Ingolstadt; BMW AG München; © Polina Krasnikova – shutterstock.com; KTM Mattighofen, Austria (Foto: H. Mitterbauer); Daimler AG, Stuttgart; Dr. Ing. H.C. Porsche AG, Stuttgart; TOYOTA Deutschland GmbH, Köln; Volkswagen AG, WolfsburgDruck: mediaprint solutions GmbH, 33100 Paderborn

VORWORT ZUR 31. AUFLAGE

Die Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik soll den Auszubildenden des Kraftfahrzeugwesens eine Hilfe beim Verste-hen von technischen Vorgängen und Systemzusammenhängen sein. Mit diesem Buch kann das nötige theoreti-sche Fachwissen für die praktischen handwerklichen Fertigkeiten erlernt werden. Die neuesten Normen wurden, soweit erforderlich, eingearbeitet. Verbindlich sind jedoch die DIN-Blätter selbst.

Den Gesellen, Meistern und Technikern des Kraftfahrzeughandwerks sowie Studierenden der Fahrzeugtechnik soll das Buch als Nachschlagewerk, zur Informationsbeschaffung und zur Ergänzung der fachlichen Kenntnisse dienen. Allen an der Kraftfahrzeugtechnik Interessierten soll das Werk eine Erweiterung des Fachwissens durch Selbststudium ermöglichen.

Dieses Standardwerk der Kraftfahrzeugtechnik wurde in der 31. Auflage umfangreich überarbeitet und in 23 Ka-pitel unterteilt. In ihrer Zielsetzung sind die ausgewählten Lerninhalte auf das Berufsbild des Kraftfahrzeugme-chatronikers/der Kraftfahrzeugmechatronikerin ausgerichtet.

Diese 31. Auflage wurde aktualisiert und durch neueste kraftfahrzeugtechnische Entwicklungen ergänzt:

• Einteilung, Aufbau, Bedienung und Instandhaltung von Kraftfahrzeugen• Motorschmier- und Motorkühlsysteme• Motormanagementsysteme Ottomotor und Dieselmotor, Abgasnachbehandlung• Alternative Antriebskonzepte wie z.B. Brennstoffzellenantrieb, Elektro- und Gasantriebe• Reifendruckkontrollsysteme • Komfort- und Sicherheitssysteme wie z. B. Rückhalte- und Gurt-Pre-Crash- und Post-Crash-Systeme• Scheinwerfersysteme, Sensoren, Elektrische Mess- und Diagnosetechnik• Zweirad- und Nutzfahrzeugtechnik

Die Autoren haben besonderen Wert auf eine klare und verständliche Darstellung gelegt, die sich durch zahlreiche mehrfarbige Bilder, Skizzen, Systembilder und Tabellen auszeichnet. Dadurch wird das Erfassen und Durchdrin-gen des komplexen Stoffes der gesamten Kraftfahrzeugtechnik erleichtert.

Alle Bilder und Tabellen der Fachkunde Kraftfahrzeug-technik können im digitalen Regal EUROPATHEK (www.europathek.de) online und offline geladen bzw. abgerufen werden. Sie können in verschiedenen Grö-ßen angezeigt und gespeichert werden. Eine komfortab-le Suchfunktion erlaubt das gezielte Finden von Medi-en – auch mit dem Smartphone oder Tablet. In dem kostenlosen Medienpaket sind auch zwei Demo-Prü-fungsdoc-Kurse enthalten. Eine Anleitung zum Aufruf des Medienpakets befindet sich auf der Umschlag-In-nenseite vorne im Buch.

Für jedes EUROPATHEK-Nutzerkonto können zusätz-lich individuell weitere Inhalte und komplette digitale Bücher kostenpflichtig erworben werden.

Die Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik bildet mit den weiteren Medien der Fachbuchreihe des Verlages eine Einheit. Die nachfolgend genannten Bücher und digita-len Produkte sind so aufeinander abgestimmt, dass mit ihnen praxisorientierte Lernsituationen in den Lernfeldheften bearbeitet und gelöst werden können.

• Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik • Prüfungstrainer Kraftfahrzeugtechnik• Arbeitsblätter zu den Lernfeldern 1 … 14 • Prüfungsbuch Kraftfahrzeugtechnik• Formelsammlung • Prüfungsvorbereiter Teil I und II• Rechenbuch, Kraftfahrzeugtechnik • Kalkulation für Kfz-Meister• Software SimKfz EFA • Online-Kurse (Prüfungsdoc; Grund- und Fachwissen)

Das in enger Zusammenarbeit mit Handwerk und Industrie entstandene Werk wurde von einem Team pädago-gisch erfahrener Berufsschullehrer, Ingenieure und Meister erstellt. Die Autoren und der Verlag sind für Anregun-gen und kritische Hinweise an lektorat@europa-lehrmittel.de dankbar.

Wir danken allen Firmen und Organisationen für ihre umfangreiche Unterstützung mit Bildern und technischen Unterlagen.

Die Autoren des Arbeitskreises Kraftfahrzeugtechnik Herbst 2019

Als separat erhältliche Software bietet SimKfz EFA mit Simulationen, Animationen und Drag & Drop-Zuordnungsaufgaben vielfälti-gen digitalen Mehrwert. In den Bildern dieser Fachkunde sind die interaktiven Inhalte durch das SimKfz EFA-Symbol gekennzeichnet. Zusätzlich sind in SimKfz EFA ausgewählte Bilder und Tabellen aus dem Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik enthalten.

SimKfzEFA

Die Online-Kurse auf www.pruefungsdoc.com (Kfz-Basiswissen und Kfz-Fachwissen uvm.) ermöglichen gezieltes Prüfungs-Training mit ständiger Rückmeldung über den individuellen Lernfortschritt.

3

Fachbuchreihe Kraftfahrzeugtechnik des Verlags Europa-Lehrmittel

berufstypische Probleme erfassen, bearbeiten, auswerten und lösen

Prüfungsvorbereitung:Wissen sichern, Gelerntes wiederholen

Wissen vertiefen

Informationen beschaffen

4

• Mit Simulationen & Animationen in 2D und 3D

• Mit Drag & Drop-Funktions-bildern

• Rund 2500 Bilder der Fachbuchreihe Kfz-Technik

• Die kompletten Fachbücher im virtuellen Medienregal jederzeit verfügbar

• Digital aufbereitete Übungs- und Prüfungsaufgaben

• Zum Lernen, Wiederholen und Testen

• Ständige Rückmeldung über den Lernfortschritt

Digitale Bücher SimKfz EFA Online-Kurse

EUROPATHEK MACHT WISSEN MOBIL

Digitale Medien Fachbuchreihe Kraftfahrzeugtechnik

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FIRMENVERZEICHNIS

Die nachfolgend aufgeführten Firmen haben die Autoren durch fachliche Beratung, durch Informa- tions- und Bildmaterial unterstützt. Es wird ihnen hierfür herzlich gedankt.

akkuteam Energietechnik GmbH Herzberg am Harz

Alfa-Romeo-Automobile Mailand/Italien

ALLIGATOR Ventilfabrik GmbH Giengen/Brenz

Aprilia Motorrad-Vertrieb Düsseldorf

Aral AG Bochum

Audatex Deutschland Minden

Audi AG Ingolstadt – Neckarsulm

Autokabel Hausen

Autoliv Oberschleißheim

G. Auwärter GmbH & Co (Neoplan)

Stuttgart

BBS Kraftfahrzeugtechnik AG Schiltach

BEHR GmbH & Co Stuttgart

Beissbarth GmbH Automobil  Servicegeräte

München

BERU Ludwigsburg

Ferdinand Bilstein GmbH + Co. KG Ennepetal

Boge GmbH Eitdorf/Sieg

Robert Bosch GmbH Stuttgart

Bostik GmbH Oberursel/Taunus

BLACK HAWK Kehl

BMW Bayerische Motoren-Werke AG

München/Berlin

CAR-OLINER Kungsör/Schweden

CAR BENCH INTERNATIONAL .S.P.A.

Massa/Italien

Continental Teves AG & Co, OHG, Frankfurt

Continental Aftermarket GmbH Eschborn

Celette GmbH Kehl

Citroen Deutschland AG Köln

Dataliner Richtsysteme Ahlerstedt

Deutsche BP AG Hamburg

DGUV, Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung

München

Ducati Motor Deutschland GmbH Köln

DUNLOP GmbH & Co KG Hanau/Main

EMCO-Group Erwin Müller GmbH Lingen/Ems

ESSO AG Hamburg

FAG Kugelfischer Georg Schäfer KG aA

Ebern

J. Eberspächer Esslingen

EMM Motoren Service Lindau

Ford-Werke AG Köln

Carl Freudenberg Weinheim/Bergstraße

GKN Löbro Offenbach/Main

Getrag Getriebe- und Zahnradfarbrik Ludwigsburg

Girling-Bremsen GmbH Koblenz

Glasurit GmbH Münster/Westfalen

Globaljig, Deutschland GmbH Cloppenburg

Glyco-Metall-Werke B.V. & Co KG Wiesbaden/Schierstein

Goetze AG Burscheid

Grau-Bremse Heidelberg

Gutmann Messtechnik GmbH Ihringen

Harley-Davidson Germany GmbH Neu-Isenburg

Hazet-Werk, Hermann Zerver Remscheid

HAMEG GmbH Frankfurt/Main

Hella KG, Hueck & Co Lippstadt

Hengst Filterwerke Nienkamp

Fritz Hintermayr Bing-Vergaser-Fabrik

Nürnberg

HITACHI Sales Europa GmbH Düsseldorf

HONDA DEUTSCHLAND GMBH Offenbach/Main

Huf Hülsbeck & Fürst GmbH & Co. KG

Velbert

Hunger Maschinenfabrik GmbH München und Kaufering

Hunter Deutschland GmbH Greifenberg am Ammersee

IVECO-Magirus AG Neu-Ulm

ITT Automotive (ATE, VDO, MOTO-METER, SWF,

KONI, Kienzle) Frankfurt/Main

IXION Maschinenfabrik Otto Häfner GmbH & Co

Hamburg-Wandsbek

Jurid-Werke Essen

Alfred Kärcher GmbH & Co. KG Winnenden

Kawasaki-Motoren GmbH Friedrichsdorf

KFZ-Werkstatt MEINHARDT Winnenden

6

Knecht Filterwerke GmbH Stuttgart

Knorr-Bremse GmbH München

Koch-Achsmessanlagen Wennigsen

Kolbenschmidt AG Neckarsulm

KS Gleitlager GmbH St. Leon-Rot

KTM Sportmotorcycles AG Mattighofen/Österreich

Kühnle, Kopp und Kausch AG Frankenthal/Pfalz

Lemmerz-Werke Königswinter

LuK GmbH Bühl/Baden

MAHLE GmbH Stuttgart

Mannesmann Sachs AG Schweinfurt

Mann und Hummel Filterwerke

Ludwigsburg

MAN Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG

München

Mazda Motors Deutschland GmbH Leverkusen

MCC – Mikro Compact Car GmbH Böblingen

Mennekes KG Kirchhundem

Messer-Griesheim GmbH Frankfurt/Main

Mercedes Benz Stuttgart

Metzeler Reifen GmbH München

Michelin Reifenwerke KGaA Karlsruhe

Microsoft GmbH Unterschleißheim

Mitsubishi Electric Europe B.V. Ratingen

Mitsubishi MMC Trebur

MOBIL OIL AG Hamburg

NGK/NTK Europe GmbH Ratingen

Adam Opel AG Rüsselsheim

OSRAM AG München

OMV AG Wien/Österreich

Oxigin-, Carmanin-LM-Räder, Unterensingen

Peugeot Deutschland GmbH Saarbrücken

Pierburg GmbH Neuss

Pirelli AG Höchst im Odenwald

Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG Stuttgart-Zuffenhausen

Prins autogassystemen B.V. Eindhoven/Niederlande

Renault Nissan Deutschland AG Brühl

Samsung Electronics GmbH Köln

SATA Farbspritztechnik GmbH & Co. KG Kornwestheim

Sauter Kfz-Meisterbetrieb Winnenden

SCANIA Deutschland GmbH Koblenz

SEKURIT SAINT-GOBAIN Deutschland GmbH

Aachen

Schaeffler Automotive After-market GmbH & Co. KG

Langen/Hessen

SCHRADER International GmbH Bergkirchen

Seat Deutschland GmbH Weiterstadt

Siemens AG München

SKF Kugellagerfabriken GmbH Schweinfurt

Snap-on/SNA Germany, Hohenstein-Ernstthal

SOLO Kleinmotoren GmbH Sindelfingen

SONAX GmbH Neuburg

Stahlwille E. Wille Wuppertal

Steyr-Daimler-Puch AG Graz/Österreich

Subaru Deutschland GmbH Friedberg

SUN Elektrik Deutschland Mettmann

Suzuki GmbH Oberschleißheim/Heppenheim

Technolit GmbH Großlüder

Telma Retarder Deutschland GmbH

Ludwigsburg

Temic Elektronik Nürnberg

TOYOTA Deutschland GmbH Köln

UNIWHEELS GmbH Bad Dürkheim

Valeo Service GmbH Weiterstadt

VARTA Autobatterien GmbH Hannover

Vereinigte Motor-Verlage GmbH & Co KG

Stuttgart

ViewSonic Central Europe Willich

Voith GmbH & Co KG Heidenheim

Volkswagen AG Wolfsburg

Volvo Deutschland GmbH Brühl

Wabco Westinghouse GmbH Hannover

Webasto GmbH Stockdorf

Yamaha Motor Deutschland GmbH

Neuss

ZF Getriebe GmbH Saarbrücken

ZF Sachs AG Schweinfurt

ZF Zahnradfabrik Friedrichshafen AG

Friedrichshafen/ Schwäbisch Gmünd

FIRMENVERZEICHNIS 7

5.6 Fügen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

5.7 Beschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

5.8 Sonderfertigungs verfahren . . . . . . . . . . . . 161

6 Werkstofftechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

6.1 Werkstoffeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . 162

6.2 Einteilung der Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . 166

6.3 Aufbau der metallischen Werkstoffe . . . . 167

6.4 Eisenwerkstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

6.5 Nichteisenmetalle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

6.6 Kunststoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

6.7 Verbundwerkstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

7 Aufbau und Wirkungsweise des Viertaktmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

7.1 Einteilung der Ver brennungsmotoren . . . 186

7.2 Ottomotor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

7.3 Dieselmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

7.4 Merkmale von Viertakt- Motoren (Saugmotoren). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

7.5 Arbeitsdiagramm (p-V-Diagramm) . . . . . . 193

7.6 Steuerdiagramm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

7.7 Zylindernummerierung, Zündfolgen . . . . 195

7.8 Motorkennlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

7.9 Hubverhältnis, Hubraum leistung, Leistungsgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

8 Motormechanik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

8.1 Kurbelgehäuse, Zylinder, Zylinderkopf. . . 199

8.2 Kurbeltrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

8.3 Schwungrad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

8.4 Zweimassen schwungrad . . . . . . . . . . . . . . 225

8.5 Motorschmiersysteme . . . . . . . . . . . . . . . . 227

8.6 Motorkühlsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

8.7 Motorsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

8.8 Füllungsoptimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

INHALT

1 Kraftfahrzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.1 Entwicklung des Kraftfahrzeugs . . . . . . . . . 11

1.2 Einteilung der Straßenfahrzeuge. . . . . . . . . 12

1.3 Aufbau eines Kraft fahrzeugs . . . . . . . . . . . . 12

1.4 Technisches System Kraftfahrzeug . . . . . . 14

1.5 Bedien- und Anzeige komponenten. . . . . . . 16

1.6 Instandhaltung von Kraftfahrzeugen . . . . . 18

1.7 Filter, Aufbau und Wartung. . . . . . . . . . . . . . 21

1.8 Fahrzeugpflege . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.9 Betriebsstoffe, Hilfsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 29

2 Autohaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.1 Umweltschutz im Kfz-Betrieb. . . . . . . . . . . . 45

2.2 Arbeitsschutz und Unfall verhütung . . . . . . 51

2.3 Betriebsorganisation, Kommunikation . . . 57

3 Steuerungs- und Regelungstechnik. . 78

3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.2 Aufbau und Funktions einheiten von Steuer einrichtungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.3 Steuerungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4 Prüftechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

4.1 Grundbegriffe der Längenprüftechnik. . . . 95

4.2 Messgeräte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.3 Lehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.4 Toleranzen und Passungen. . . . . . . . . . . . . 103

4.5 Anreißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

5 Fertigungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

5.1 Einteilung der Fertigungsverfahren . . . . . 107

5.2 Urformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

5.3 Umformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

5.4 Trennen durch Spanen . . . . . . . . . . . . . . . . 121

5.5 Trennen durch Zerteilen . . . . . . . . . . . . . . . 137

88

9 Motormanagement Ottomotor . . . . . 264

9.1 Grundlagen der Gemischbildung . . . . . . . 264

9.2 Grundlagen der Benzineinspritzung. . . . . 266

9.3 Aufbau und Funktion der elektronischen Benzineinspritzung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

9.4 Kraftstoffversorgungsanlagen bei Ottomotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

9.5 Saugrohreinspritzung am Beispiel einer ME- Motronic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

9.6 Benzin-Direkteinspritzung . . . . . . . . . . . . . . 286

9.7 Duale Einspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

9.8 Zündanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

10 Schadstoffminderung. . . . . . . . . . . . . . . 312

10.1 Abgasanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

10.2 Schadstoffminderung beim Ottomotor. . 316

11 Motormanagement Dieselmotor. . . . 330

11.1 Gemischbildung bei Dieselmotoren. . . . . 330

11.2 Maßnahmen zur Verbesserung der Gemischbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

11.3 Einspritzanlagen für Pkw-Dieselmotoren 336

11.4 Schadstoffminderung bei Dieselmotoren 352

12 Otto-Zweitaktmotor, Kreiskol-benmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358

12.1 Zweitaktmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358

12.2 Wankelmotor, Kreiskolbenmotor (KKM) . 365

13 Alternative Antriebskonzepte. . . . . . . 367

13.1 Alternative Energieträger . . . . . . . . . . . . . . 367

13.2 Teil- und Voll elektrische Antriebe . . . . . . . 368

13.3 Funktionen von Teil- und Vollelekt-rischen Antrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

13.4 Teilelektrische Antriebe. . . . . . . . . . . . . . . . 371

13.5 Vollelektrische Antriebe. . . . . . . . . . . . . . . . 379

13.6 Antriebe mit Brennstoffzellen . . . . . . . . . . 382

13.7 Energiespeicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388

13.8 Leistungselektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391

13.9 Ladesteckertypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393

13.10 Ladebetriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394

13.11 Elektrische Antriebsmotoren . . . . . . . . . . . 395

13.12 Ar beiten an Hochvolt-Fahrzeugen. . . . . . . 400

13.13 Sicherheitslinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402

13.14 Wartungsstecker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402

13.15 Hochvolt-Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403

13.16 Isolationsfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403

13.17 Fehler Potenzial ausgleich . . . . . . . . . . . . . . 405

13.18 Arbeiten unter Spannung . . . . . . . . . . . . . . 406

13.19 Erdgasantrieb. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408

13.20 Flüssiggasantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410

13.21 Sicheres Arbeiten an Fahrzeugen mit Gas antrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413

13.22 Prüfungen an Gas anlagen . . . . . . . . . . . . . 414

14 Antriebsstrang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415

14.1 Antriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415

14.2 Kupplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417

14.3 Wechselgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

14.4 Handgeschaltete Wechselgetriebe . . . . . . 426

14.5 Automatische Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . 431

14.6 Automatische Kupplungssysteme mit Doppelkupplungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

14.7 Gestuftes Automatik-Getriebe mit hydrodynamischem Drehmoment-wandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441

14.8 Gelenkwellen, Antriebswellen, Gelenke . 458

14.9 Achsgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461

14.10 Ausgleichsgetriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464

14.11 Ausgleichssperren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465

14.12 Allradantrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470

15 Fahrwerk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475

15.1 Fahrdynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475

15.2 Grundlagen der Lenkung . . . . . . . . . . . . . . 477

15.3 Lenkgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478

15.4 Hilfskraftlenksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . 478

15.5 Radstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487

15.6 Fahrwerksvermessung . . . . . . . . . . . . . . . . 490

15.7 Radaufhängungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495

15.8 Wälzlager und Dichtungen . . . . . . . . . . . . . 500

15.9 Federung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503

15.10 Active Body Control (ABC) . . . . . . . . . . . . . 515

15.11 Räder und Reifen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518

15.12 Bremsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533

INHALTSVERZEICHNIS 9

16 Fahrzeugaufbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563

16.1 Fahrzeugaufbau/Karosserie . . . . . . . . . . . . 563

16.2 Korrosionsschutz an Kraftfahrzeugen . . . 578

16.3 Fahrzeuglackierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579

17 Komfort- und Sicherheitssysteme . . 583

17.1 Fahrzeugsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583

17.2 Fahrerassistenzsysteme . . . . . . . . . . . . . . . 595

17.3 Infotainmentsysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . 607

17.4 Komfortsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612

17.5 Belüftung, Heizung, Klimatisierung . . . . . 617

17.6 Diebstahlschutzsysteme . . . . . . . . . . . . . . . 627

18 Elektrotechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635

18.1 Grundlagen der Elektrotechnik . . . . . . . . . 635

18.2 Anwendungen der Elektrotechnik. . . . . . . 667

19 Elektrische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . 682

19.1 Beleuchtung im Kfz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682

19.2 Spannungsversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . 694

19.3 Bordnetzmanagement. . . . . . . . . . . . . . . . . 712

19.4 Elektrische Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714

19.5 Sensoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 721

20 Informationstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . 731

20.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731

20.2 Datenübertragungs systeme im Fahrzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735

20.3 Hochfrequenztechnik. . . . . . . . . . . . . . . . . . 749

21 Elektrische Mess- und Diagnosetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756

21.1 Elektrische Messtechnik . . . . . . . . . . . . . . . 756

21.2 Diagnose. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 759

22 Zweiradtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764

22.1 Kraftradarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764

22.2 Kraftradmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 768

22.3 Gemischbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 768

22.4 Abgasanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770

22.5 Motorkühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770

22.6 Motorschmierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770

22.7 Kupplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771

22.8 Antriebsstrang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772

22.9 Elektrische Anlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774

22.10 Fahrdynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777

22.11 Motorradrahmen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 778

22.12 Radführung, Federung und Dämpfung . . 779

22.13 Bremsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 781

22.14 Räder, Reifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783

23 Nutzfahrzeugtechnik . . . . . . . . . . . . . . . 786

23.1 Einteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 786

23.2 Abmessungen von Nfz . . . . . . . . . . . . . . . . 787

23.3 Zulässige Massen von Nfz . . . . . . . . . . . . . 787

23.4 Beladungsvorschriften . . . . . . . . . . . . . . . . 787

23.5 NKW-Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 788

23.6 Einspritzanlagen für Nkw-Dieselmotoren 789

23.7 Antriebsstrang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 798

23.8 Fahrwerk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802

23.9 Startanlagen für Nutzfahrzeuge . . . . . . . . 819

24 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823

10 INHALTSVERZEICHNIS

1.1 ENTWICKLUNG DES KRAFT-FAHRZEUGS

1860 Der Franzose Lenoir baut den ersten mit Leuchtgas betriebenen Verbrennungsmotor. Wirkungsgrad etwa 3 %.

1867 Otto und Langen zeigen auf der Pariser Weltausstellung einen verbesserten Verbrennungsmotor. Wirkungsgrad etwa 9 %.

Daimler Motorrad, 18851 Zylinder, Bohrung 58 mmHub 100 mm, 0,26 l0,37 kW bei 600 min–1, 12 km/h

Benz Patent-Motorwagen, 18851 Zylinder, Bohrung 91,4 mmHub 150 mm, 0,99 l0,66 kW bei 400 min–1, 15 km/h

Bild 1: Daimler Motorrad und Benz Motorwagen

1876 Erster Gasmotor in Viertakt-Arbeitsweise von Otto und erster GasZweitaktmotor des Engländers Clerk.

1883 Daimler und Maybach entwickeln den ersten schnelllaufenden Viertakt-Benzinmotor mit Glührohrzündung.

1885 Erstes Automobil von Benz (1886 patentiert). Erstes motorgetriebenes Zweirad von Daim-ler (Bild 1).

1886 Erste Vierradkutsche mit Benzinmotor von Daimler (Bild 2).

1887 Bosch erfindet die Abreißzündung.

1889 Der Engländer Dunlop stellt erstmals pneuma-tische Reifen her.

1893 Maybach erfindet den Spritzdüsenvergaser.Diesel patentiert das Arbeitsverfahren für Schwerölmotoren mit Selbstzündung.

1897 MAN stellt den ersten betriebsfähigen Dieselmotor her.

1897 Erstes Elektromobil v. Lohner-Porsche (Bild 2).

Daimler Motorwagen, 18861 Zylinder, Bohrung 70 mmHub 120 mm, 0,46 l0,8 kW bei 600 min–1, 18 km/h

Elektromobil, 1897System Lohner-Porsche Transmissionsloser Antriebmit Radnaben-Elektromotor

Bild 2: Daimler Motorwagen und erstes Elektromobil

Ford T-Modell, 1908, 2,9 l,15,7 kW bei 1600 min–1, 70 km/h

VW-Käfer, 1938, 985 cm3,17,3 kW bei 3000 min–1, 100 km/h

Bild 3: Ford TModell und VWKäfer

1913 Einführung der Fließbandfertigung des T-Mo-dells (TinLizzy, Bild 3) durch Ford.

1916 Bayerische Motorenwerke gegründet.

1923 Erste Lastkraftwagen mit Dieselmotoren von Benz-MAN (Bild 4).

1936 Daimler-Benz baut serienmäßig Pkw mit Die-selmotoren.

1938 Gründung des VW-Werkes in Wolfsburg.

1949 Erster Niederquerschnittsreifen und erster Stahlgürtelreifen von Michelin.

1954 Wankel baut den Kreiskolbenmotor (Bild 4).

Benz-MAN Lastwagen, 5 K 31. Diesel-LKW, 1923

NSU-Spider mit Wankelmotor,1963, 500 cm3, 37 kW bei6000 min–1, 153 km/h

Bild 4: Lkw mit Dieselmotor, Pkw mit Wankelmotor

1966 Elektronisch gesteuerte Benzineinspritzung (D-Jetronic) von Bosch eingeführt.

1970 Sicherheitsgurte für Fahrer und Beifahrer.

1978 Das Anti-Blockiersystem (ABS) für Bremsen wird erstmalig von MercedesBenz eingebaut.

1984 Einführung von Airbag und Gurtstraffer.

1985 Einführung von geregelten Katalysatoren (Lamdasonde) für bleifreies Benzin.

1997 Elektronische Fahrwerk-Regelsysteme (ESP). Toyota baut ersten Pkw mit Hybridantrieb. Alfa Romeo führt das Common-Rail Direct In-jection (CDI)-System bei Dieselmotoren ein.

2000 Einführung von Fahrerassistenzsystemen wie z. B. Abstandsregelassistenten.

2008 Einführung von Elektrofahrzeugen in Großserie.

2014 Einführung von Brennstoffzellenfahrzeugen in Großserie bei Toyota.

2015 Einsatz von Fahrzeugen für Autonomes Fah-ren im Straßenverkehr.

1 KRAFTFAHRZEUG11 11

1.2 EINTEILUNG DER STRASSENFAHRZEUGE

• Gelenk-Deichselanhänger• Starr-Deichselanhänger

Krafträder

z.B.:• Motorräder• Motorroller• Fahrräder mit Hilfsmotor• E-Bike und Pedelec

Personenkraft-wagen

z.B.:• Coupé• Kombi• Cabriolet• Limousine• Sportwagen

Nutzkraftwagen

z.B.:• Kleintransporter• Kleinbus• Lastkraftwagen• Omnibus• Sattelzug- maschine

Sonder- undKommunalfahrzeugez.B.:• Abfallsammel- fahrzeuge• Einsatzfahrzeuge• Straßen- reinigungs- fahrzeuge

SelbstfahrendeArbeitsmaschinenz.B.:• Abschleppwagen• Erntemaschinen• Autokran• Straßenwalze• Schneepflug

EinspurigeKraftfahrzeuge

MehrspurigeKraftfahrzeuge

Straßenfahrzeuge

Anhängefahrzeuge z.B.

Bild 1: Übersicht Straßenfahrzeuge

Straßenfahrzeuge sind alle Fahrzeuge, die zum Betrieb auf der Straße vorgesehen sind, ohne an Gleise gebunden zu sein.

Kraftfahrzeuge besitzen immer einen maschinellen Antrieb und können in ein und mehrspurige Kraftfahrzeuge eingeteilt werden (Bild 1).

■ Einspurige Kraftfahrzeuge

Krafträder sind einspurige Kraftfahrzeuge, deren Räder hintereinander angeordnet sind. Sie können einen Beiwagen mitführen. Die Eigenschaft als einspuriges Kraftrad bleibt erhalten, da die hinteren Räder nicht mit einer Achse verbunden sind. Auch das Ziehen eines Anhängers ist möglich. Zu den Krafträdern zählen:

• Motorräder. Sie zeichnen sich durch ein niedriges Leistungsgewicht aus und verfügen über bis zu zwei Sitzplätze.

• Motorroller. Sie verfügen über einen freien Durchstieg zwischen Lenker und Sattel. Die Füße stehen auf einem Bodenblech und sind durch eine Verkleidung vor Schmutz geschützt.

• Fahrräder mit Hilfsmotor. Sie haben Merkmale von Fahrrädern, z. B. Tretkurbeln, fehlende Signalanlage (Mofa, EBike, Pedelec).

■ Mehrspurige Kraftfahrzeuge

• Personenkraftwagen (Pkw). Sie sind hauptsächlich zum Transport von Personen, deren Gepäck oder von Gütern bestimmt. Sie können auch Anhänger ziehen. Die Zahl der Sitzplätze ist einschließlich Fahrer auf neun beschränkt.

• Nutzkraftwagen (Nkw). Sie sind zum Transport von Personen, Gütern und zum Ziehen von Anhängefahrzeugen bestimmt.

• Sonder- und Kommunalfahrzeuge. Sie sind hochspezialisierte Fahrzeuge, gebaut für einen bestimmten Einsatzzweck, z. B. Einsatzfahrzeuge für Polizei und Feuerwehr.

• Selbstfahrende Arbeitsmaschinen. Sie besitzen fest mit dem Fahrzeug verbundene Einrichtungen zur Verrichtung von Arbeiten, z. B. Fahrzeuge für den Straßenbau oder Erntemaschinen.

■ AnhängefahrzeugeSie verfügen über keinen eigenen Antrieb und dienen zum Transport von Gütern. Sie sind mit einer Deichsel über die Anhängekupplung mit einem Zugfahrzeug verbunden.

1.3 AUFBAU EINES KRAFT-FAHRZEUGS

Ein Kraftfahrzeug besteht aus mehreren Baugruppen, deren Teilsystemen und einzelnen Bauteilen. Sie wirken funktional zusammen und bilden eine Einheit.

Baugruppen. Die Festlegung der Baugruppen und die Zuordnung von Baugruppen zueinander sind nicht eindeutig festgelegt. So kann z. B. das Getriebe als eigene Baugruppe gelten oder als Unterbaugruppe dem Antriebsstrang zugeordnet werden. Eine mögliche Zuordnung der Hauptbaugruppen ist im Bild 1, Seite 13, dargestellt.

Folgende sechs Hauptbaugruppen werden unterschieden: Antriebseinheit, Antriebsstrang, Komfort und Sicherheitssysteme, Fahrzeugaufbau, Fahrwerk und elektrische Anlage.

1

12 1 KRAFTFAHRZEUG

Teilsysteme. Sie sind Systeme die aus einzelnen Bauteilen bestehen und den Funktionsablauf der Baugruppen unterstützen.

Folgende Teilsysteme können den Baugruppen zugeordnet werden:

Antriebseinheit

Verbrennungsmotor. Er stellt die Antriebsenergie für die Bewegung des Kraftfahrzeugs bereit. Teilsysteme des Verbrennungsmotors sind z. B.: Motorschmierung, kühlung, steuerung und elektrik, Abgasanlage.

Elektroantrieb. Er wird bei Hybridfahrzeugen zur Antriebsunterstützung und bei Elektrofahrzeugen als Hauptantrieb eingesetzt. Teilsysteme des Elektroantriebs sind z. B.: EMaschine, Hochvoltbatterie und Leistungselektronik.

Antriebsstrang. Er dient zur Übertragung der Antriebsenergie auf die Antriebsräder. Teilsysteme des Antriebsstrangs sind z. B.: Kupplung, Getriebe, Achsgetriebe sowie Gelenk und Antriebswellen.

Fahrzeug-aufbau

Komfort- undSicherheitssysteme Fahrwerk

ElektrischeAnlagenAntriebsstrangAntriebseinheit

Bild 1: Mögliche Zuordnung der Hauptbaugruppen am Beispiel eines HybridKraftfahrzeugs.

SimKfzEFA

Komfort- und Sicherheitssysteme. Sie dienen zur Unterstützung und zum Schutz des Fahrzeugführers. Teilsysteme davon sind z. B.: Assistenzsysteme, Klimaanlage, Infotainment und Rückhaltesysteme (z. B. Airbag und Gurtstraffer).

Fahrwerk. Es ist verantwortlich für die Fahrdynamik, den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit eines Kraftfahrzeugs. Teilsysteme eines Fahrwerks sind z. B.: Lenkung, Radaufhängung, Federung, Bremsen und Räder.

Fahrzeugaufbau. Er bildet das Grundgerüst des Fahrzeugs und übernimmt die Tragfunktion aller Baugruppen. Außerdem dient er dem Schutz der Fahrzeuginsassen vor Umwelteinflüssen und Unfällen.

Elektrische Anlagen. Sie dienen z. B. der Bereitstellung der elektrischen Energie sowie der Steuerung und Regelung. Teilsysteme sind z. B.: Datenübertragungssysteme, Generator und Beleuchtungsanlage.

1 KRAFTFAHRZEUG 13

1

1.4 TECHNISCHES SYSTEM KRAFTFAHRZEUG

Jede Maschine bildet ein technisches Gesamtsystem.

Für jedes Teil- und Gesamtsystem gilt das EVA- Prinzip:• Eingabe (Eingangsgrößen, Input) von außerhalb

der Systemgrenze.• Verarbeitung innerhalb der Systemgrenze.• Ausgabe (Ausgangsgröße, Output), die über die

Systemgrenze an die Umgebung geht.

Grafisch wird ein technisches System durch ein Rechteck dargestellt. Die Eingangs und Ausgangsgrößen werden als Pfeile gekennzeichnet. Die Anzahl der Pfeile hängt von der Anzahl der jeweiligen Eingangs bzw. Ausgangsgrößen ab.

Das Rechteck bildet die Systemgrenze, welches ein technisches System nach außen hin abgrenzt (Bild 1 und 2). Je enger die Systemgrenzen gezogen werden, desto kleiner werden die Teilsysteme. Diese bestehen aus einzelnen Bauteilen.

EingabeE

VerarbeitungV

AusgabeA

Verbrennungsmotor

Systemgrenze

Kraftstoff

Bewegungs-energie

Abgas

Wärme

Luft

Bild 1: Teilsystem Verbrennungsmotor

■ TeilsystemEingabe. Auf der Eingangsseite eines Verbrennungsmotors wird dieser mit Luft und Kraftstoff versorgt.

Verarbeitung. Im Verbrennungsmotor wird das Luft Kraftstoffgemisch verbrannt.

Ausgabe. Auf der Ausgangsseite werden Bewegungsenergie als nutzbare Energie, sowie Wärme und Abgas als Verlustenergie abgegeben.

Das Teilsystem Verbrennungsmotor ist über weitere Teilsysteme wie z. B. Kupplung, Getriebe, Achsgetriebe, Antriebswellen mit den Antriebsrädern verbunden.

Damit ein Kraftfahrzeug seine Hauptfunktionen erfüllen kann, müssen alle Teilsysteme funktional zusammenwirken. Nur so ist eine vollständige und korrekte Funktionsweise gewährleistet.

■ GesamtsystemAlle Teilsysteme zusammen bilden das Gesamtsystem Kraftfahrzeug. Das EVAPrinzip lässt sich auch auf Gesamtsysteme anwenden (Bild 2).

Elektrofahrzeug

Systemgrenze

Bewegungs-energie

Wärme

ElektrischeEnergie

Bild 2: Gesamtsystem Kraftfahrzeug

Werden die Systemgrenzen um das Kraftfahrzeug gelegt, so wird es in der Systembetrachtung gegen die Umwelt wie Luft und Fahrbahn abgegrenzt.

Bei einem Elektrofahrzeug überschreitet Eingangsseitig z. B. nur elektrische Energie die Systemgrenze und ausgangsseitig die Bewegungs sowie Wärmeenergie (Bild 2).

■ Einteilung technischer Systeme nach der Verar beitung

Technische Systeme werden nach Art der Verarbeitung innerhalb ihrer Systemgrenze unterschieden (Bild 3):

• Stoffumsetzende Systeme, z. B. Schmier und Kühlsystem eines Verbrennungsmotors.

• Energieumsetzende Systeme, z. B. Verbrennungs und Elektromotor.

• Informationsumsetzende Systeme, z. B. Datenübertragungssysteme und Steuergeräte.

Informations-umsetzung

Energie-umsetzung

Stoff-umsetzung

Bild 3: Systeme unterteilt nach Art der Verarbeitung

■ Stoffumsetzende Systeme

Bei stoffumsetzenden Systemen werden Stoffe so verändert, dass sie eine Form erhalten (Formänderung) oder sie werden von einem Ort zum anderen transportiert (Lageänderung).

1

14 1 KRAFTFAHRZEUG

Übersicht über stoffumsetzende Systeme:

Maschinen zur Formänderung sind z. B. Werkzeugmaschinen, wie Bohr, Fräs und Drehmaschinen usw.

Maschinen zur Lageänderung beinhalten alle Förderanlagen und Maschinen, die zum Transport von festen Stoffen (Förderbänder, Gabelstapler, Lkw, Pkw), Flüssigkeiten (Pumpen) oder Gasen (Gebläse, Turbinen) dienen.

mischen Energie in nutzbare Bewegungsenergie umgewandelt. Der Rest der Energie geht als Wärme verloren. Zur besseren Visualisierung des Wirkungsgrads werden häufig SankeyDiagramme eingesetzt (Bild 2).

40% 25%7%

Energieverlustdurch Abgas

Energieverlustdurch Kühlung

28%

Rei

bung

sver

lust

e

NutzbareEnergie an derKurbelwelle desDieselmotors

Energiegehalt des Dieselkraftstoffes 100%

Bild 2: SankeyDiagramm

■ Informationsumsetzende Systeme

Sie dienen zur Übermittlung von Informationen, der Verarbeitung und Übertragung von Daten und der Kommunikation.

Informationsumsetzende Systeme und Übertragungssysteme, z. B. Steuergeräte, Datenübertragungssysteme (BusSysteme), Diagnosegeräte (Tester), sind für den Betrieb und die Wartung von Fahrzeugen unentbehrlich.

Beispiel für informationsumsetzende Systeme in einem Kraftfahrzeug:

Einige Teilsysteme eines Verbrennungsmotors sind stoffumsetzende Systeme wie z. B.:

• Schmiersystem, dabei sorgt die Ölpumpe für den Stoffumsatz.

• Kühlsystem, hier sorgt die Kühlflüssigkeitspumpe für den Stoffumsatz und somit für den Wärmetransport.

■ Energieumsetzende Systeme

Bei energieumsetzenden Systemen wird eine dem System zugeführte Energie in eine andere Energieform umgewandelt.

Zu diesen Systemen zählen alle Kraftmaschinen. Je nach Art der Energieumsetzung unterscheidet man zwischen:

• Wärmekraftmaschinen (Otto und Dieselmotoren oder Gasturbinen),

• Wasserkraftmaschinen (Wasserturbinen),• Windkraftmaschinen (windgetriebene Generatoren),• Solaranlagen (Photovoltaikanlagen) und• Brennstoffzellen.

In einem Verbrennungsmotor wird die chemische Energie des Kraftstoffs zunächst in Wärmeenergie und dann in mechanische Bewegungsenergie umgewandelt (Bild 1).

chemischeEnergie

mechanischeEnergie

Kraftstoff-Luftgemisch

Verbrennung

Drehmoment ander Kurbelwelle

WärmeenergiePleuelstangenkraft

Bild 1: Energieumsetzung eines Ottomotors

Wirkungsgrad

Die Umsetzung von Energie ist immer mit Verlusten behaftet. Die zugeführte Energie ist dadurch immer größer als die abgeführte Energie.

So werden z. B. selbst bei sparsamen Dieselmotoren nur bis zu max. 46 % der im Kraftstoff enthaltenen che

• Motorsteuergerät. Es erfasst und verarbeitet alle relevanten Daten, um den Motor auf die jeweilige Betriebsbedingung optimal anzupassen.

• Bordcomputer. Er informiert z. B. den Fahrer über den Kraftstoffverbrauch, die Reichweite, die Durchschnittsgeschwindigkeit und die Außentemperatur.

WIEDERHOLUNGSFRAGEN

1 In welche Gruppen lassen sich Straßenfahrzeuge einteilen?

2 Nennen Sie vier Hauptbaugruppen eines Kraftfahrzeugs.

3 Nennen Sie drei Teilsysteme eines Kfz sowie deren Eingangs und Ausgangsgrößen.

4 Erläutern Sie das EVAPrinzip anhand eines Beispiels.

5 Beschreiben Sie die Hauptfunktion eines energieumsetzenden Systems.

1 KRAFTFAHRZEUG 15

1

FORTSETZUNG WERKSTATTHINWEISE

Arbeitsregeln zum Lösen von abgerissenen Schrauben.

• Kanten von abgebrochenen Schraube mit Flach-feile planen.

• Schraube in der Mitte ankörnen und mit max. ½ des Schraubendurchmessers aufbohren.

• Schraubenausdreher (Linksausdreher) (Bild 1) mit Windeisen ansetzen und abgebrochene Schraube gegen den Uhrzeigersinn herausdrehen.

Links-ausdreher

Wind-eisen

Bild 1: Schraubenausdreher

Arbeitshinweise

Werkzeuge sind sachgerecht für den geeigneten Verwendungszweck einzusetzen.

Falscher Einsatz beschädigt das Werkzeug und kann auch die Ursache für einen Unfall sein. Deshalb sind …

• Schraubenschlüssel keine Schlagwerkzeuge,• Schraubendreher keine Stemmwerkzeuge,• Hämmer keine Hebelwerkzeuge,• Zangen keine Schraubwerkzeuge.

Nicht funktionstüchtiges Werkzeug ist zu ersetzen.Die Persönliche Schutzausrüstung, z. B. Schutzbrille, Handschuhe, Hörschutz, sind ggf. zu verwenden.

5.6.4 STIFTVERBINDUNGEN

Stiftverbindungen sind formschlüssige lösbare Ver-bindungen.

Man unterscheidet:

Passstifte legen die genaue Lage zweier Werkstücke zueinander fest. Sie verhindern ein Verschieben der Werkstücke bei der Montage, z. B. bei Gehäuseteilen von Getrieben.

Befestigungsstifte verbinden zwei oder mehrere Werkstücke kraft- und formschlüssig miteinander. Sie werden mit Übermaß in die Bohrung getrieben und übertragen so die Kräfte. Passstifte und Befestigungs-stifte werden als Zylinderstifte (Bild 2) gefertigt.

blank gezogen geschliffen

Bild 2: Zylinderstifte

5.6.5 WELLE-NABE-VERBINDUNGEN

Welle-Nabe-Verbindungen sind meist formschlüssi-ge, lösbare Verbindungen. Der Formschluss gewähr-leistet die sichere Übertragung des Drehmomentes; die Lösbarkeit erleichtert die Montage bzw. die De-montage. Man unterscheidet z. B. Keilwellen-Verbin-dungen, Kerbzahn- oder Zahnrad-Profile.

Keilwellen-Verbindungen (Bild 3). Bei stoßartigen Drehmomentbelastungen werden Keilwellen-Verbin-dungen verwendet, weil das Drehmoment auf mehrere Eingriffe verteilt am Umfang übertragen werden kann. Daneben sind Keilwellen-Verbindungen sehr gut ge-eignet für bewegliche Welle-Nabe-Verbindungen, z. B. Schiebestück auf Gelenkwelle (Bild 5).

Keilnabe

Keilwelle

Bild 3: Keilwellen-Profil

Kerbzahnnabe

Kerbzahn-welle

Bild 4: Kerbzahn-Profil

Flansch

Kreuz-gelenk

Schiebestück

Kreuz-gelenk Keilwellenverbindung Wellenrohr

Bild 5: Kardanwelle mit Keilwellen-Profil

Kerbzahn-Profile (Kerbverzahnungen, Bild 4) schwä-chen mit ihrem feineren Profil Welle und Nabe nicht so sehr durch tiefe Nuten wie das Keilwellen-Profil und verteilen das Drehmoment besser auf den Umfang.

Durch die kleinere Teilung kann die Lage von Welle und Nabe einander gut zugeordnet werden, z. B. das Lenk-rad auf der Lenkspindel.

Zahnrad-Profile (Bild 6) bestehen aus einer Evolven-tenverzahnung zur beweglichen Verbindung von Welle und Nabe. Die Art der Verzahnung wird üblicherwei-se an Zahnrädern verwendet. Evolventenzahn-Profile werden z. B. bei Viscokupplungen oder Lamellenkupp-lungen zur Führung der Lamellen und zur Kraftüber-tragung zwischen Lamellen und Kupplungskorb einge-setzt.

Innenlamelle

Evolventen-zahnprofil

Außenlamelle

Bild 6: Kupplungslamellen mit Zahnrad-Profil

5

148 1 FERTIGUNGSTEcHNIK

■ Beispiele für DuroplastePhenolharz PF (Bild 1)

Eigenschaften: Nur dunkle Farben, hart, spröde, klebbar, nicht lichtecht, wird braun, hat Phenolgeruch.

Verwendung (Bild 1): Mit Füllstoffen als Pressmassen für dunkle Formteile, Schichtpressstoffe, Kunstharzlacke, Gießharze.

Harnstoffharz UF; Melaminharz MF (Bild 1)

Eigenschaften: Glasklar, lichtecht, geruchlos, einfärbbar, hart, spröde, beständig gegen schwache Säuren und Lösemittel.

Verwendung (Bild 1): Mit Füllstoffen als Pressmassen für helle Formteile, Schichtpressstoffe, Kunstharzlacke, Warmleim, Kaltleim.

MF

Verteiler-kappe

PF Vergaserflansch

Bild 1: Verwendung für PF und MF

Polyesterharz UP (Bild 2)

Eigenschaften: Glasklar, kann hart, spröde, weich oder elastisch sein, gut gießbar, gute Haftfähigkeit; beständig gegen Öl, Benzin, Lösemittel, schwache Säuren und Laugen.

Verwendung (Bild 2): Metallkleber, Spachtelmassen, Gießharz, glasfaserverstärkte Kunststoffe.

Epoxidharz EP (Bild 2)

Eigenschaften: Farblos bis gelb, hart, schlagzäh, sehr gut gießbar, gut haftfähig.

Verwendung (Bild 2): Klebstoff, umgießen von Teilen der Elektronik, glasfaserverstärkte Kunststoffe.

EP ÜberzugUP Karosserie- spachtelmasse

Bild 2: Verwendung von UP und EP

Polyurethanharz PUR (Bild 3)

Eigenschaften: Gelb, transparent, hart, zäh, weich oder gummielastisch, haftfähig, schäumbar.

Verwendung:

Hart-PUR: Lager, Zahnräder;

Mittelhart- bis Weich-PUR: Stoßfänger, Kleber

PUR-Schaum: Fahrzeugpolster, Integralschaum für Verkleidungen im Kfz.

Pkw -FrontträgerStoßfänger PUR

Bild 3: Verwendungen von PUR

6.6.3 ELASTOMERE

Elastomere bestehen aus ungeordneten Fadenmolekülen. Die weitmaschige Vernetzung entsteht bei der Vulkanisation (Bild 4).

Bild 4: Struktur von Elastomeren

Ihre Vorstufen sind synthetische Kautschuke oder Naturkautschuk. Sie können durch kleine Kräfte gedehnt werden und federn wieder zurück. Bei Temperaturerhöhung schmelzen sie nicht, sondern sie bleiben elastisch bis zu ihrer Zerstörung bei höheren Temperaturen. Sie haben gute Festigkeit bei großer Dehnung und eine große Elastizität. Sie sind nicht schmelzbar, nicht spanlos formbar und nicht schweißbar; sie können quellen, aber sie lassen sich nicht auflösen.

■ Beispiele für ElastomereGummi (Naturgummi) NR (Bild 5)

Eigenschaften: Elastizität nimmt mit zunehmendem Schwefelgehalt ab, nicht beständig gegen Öl, Benzin, Benzol und Alterung.

Verwendung (Bild 5): Beimischung in Reifen, Wasserschläuche, Dichtungen, Keilriemen.

Styrol-Butadien-Kautschuk (Kunstgummi) SBR (Bild 5)

Eigenschaften: Ähnlich wie Gummi aber abriebfester, alterungsbeständiger, weniger elastisch; beständig gegen Öl und Benzin.

Verwendung (Bild 5): Beimischung zu Fahrzeugreifen, Manschetten, Schläuchen.

NR Keilriemen SBR Fahrzeugreifen

Bild 5: Verwendungen von NR und SBR

6

184 1 WERKSToFFTECHNIK

Ungeteilte Pleuelstangen. Bei Zweitakt-Einzylindermotoren wird der Pleuelfuß oftmals nicht geteilt, deshalb muss die Kurbelwelle aus einzelnen Teilen zusammengebaut werden. Anstelle von Gleitlagern können Wälz-lager verwendet werden.

Schmierung. Für das Pleuellager erfolgt sie durch Motoröl, welches dem Kurbelzapfen vom Wellenzapfen der Kurbelwelle durch eine Bohrung zugeführt wird. Die Pleuelbuchse mit Kolbenbolzen wird meist durch Spritzöl ausreichend geschmiert (Ölbohrung am Pleuelauge, Bild 1, Seite 217).

WERKSTATTHINWEIS

Kontrolle der Gewichtstoleranz. Werden Pleuelstan-gen bzw. Kolben ausgewechselt, muss darauf geach-tet werden, dass die Ersatzteile gleiches Gewicht ha-ben, damit nicht unausgeglichene Massenkräfte den Motorlauf stören. Die zulässige Gewichtstoleranz der Teilsätze (Kolben + Pleuelstange) ist vom Hersteller vorgeschrieben. Geringfügige Übergewichte werden am Pleuelfuß abgeschliffen.

Zusammenbau von Kolben und Pleuelstange

Schwimmende Lagerung. Ist der Kolbenbolzen in der Pleuelbuchse und im Kolben schwimmend gelagert, muss auf die richtige Montage der Kolbenbolzen-Si-cherung geachtet werden (siehe Seite 214).

Schiebe- oder Festsitz. Soll der Kolbenbolzen im Kol-ben einen Schiebe- oder Festsitz erhalten, so wird der Kolben vor dem Zusammenbau z. B. im Ölbad auf etwa 80 °C erwärmt. Zum Einführen des geölten, kal-ten Bolzens in den Kolben werden Bolzenaugen und Pleuelbuchse durch einen Führungsbolzen zentriert, damit der Kolbenbolzen zügig eingeschoben wird und nicht frühzeitig im Kolben festsitzt.

Schrumpfsitz. Soll der Kolbenbolzen im Pleuel mit Schrumpfsitz eingebaut werden, wird folgenderma-ßen vorgegangen (Bild 1):

• Pleuelstange auf etwa 280 °C bis 320 °C erwärmen (Temperaturkontrolle erforderlich).

• Kolbenbolzen zur Erleichterung der Montage mit Kohlensäureschnee oder in der Tiefkühltruhe unterkühlen und damit im Durchmesser verklei-nern.

• Kolben sorgfältig zentriert auf Formunterlage mit Anschlagdorn auflegen.

• Erwärmtes Pleuel gut zentriert auf das untere Bol-zenauge legen.

• Kalten Kolbenbolzen durch das obere Bolzenloch bis an die Pleuelstange einführen.

• Bolzen rasch in einem Zug bis zum Anschlag (Endstellung) am Anschlagdorn einschieben.

AnschlagdornFormunterlage

Bild 1: Kolbenmontage mit Schrumpfsitz des Kolben-bolzens in der Pleuelstange

Zusammenbau von Pleuelstange und Kurbelwelle. Die Pleuelstange muss auf dem Kurbelzapfen seit-liches Spiel haben, damit sich Unterschiede in der Wärmedehnung von Kurbelwelle und Zylinderkurbel-gehäuse ausgleichen können. Die Pleuelschrauben, im allgemeinen Dehnschrauben, werden mit einem Drehmomentschlüssel mit dem vom Hersteller vor-geschriebenen Drehmoment angezogen.

WIEDERHOLUNGSFRAGEN

1 Welchen Beanspruchungen ist die Pleuelstange aus gesetzt?

2 Welche Aufgaben haben Pleuelstangen?

3 Welche Vorteile bietet die Bruchtechnik bei sinter-geschmiedeten Pleuelstangen?

4 Wie ist die Pleuelstange auf der Kurbelwelle ge-lagert und wie erfolgt die Schmierung?

5 Was versteht man unter einem Trapezpleuel?6 Wie erfolgt die Lagerung des Kolbenbolzens im

Pleuelauge?7 Warum soll die Gewichtstoleranz der Teilsätze (Kol-

ben + Pleuelstange) nicht überschritten werden?8 Warum soll beim Zusammenbau von Kolben und

Pleuelstange ein Führungsbolzen verwendet wer-den?

8

218 1 MOTORMECHANIK

Durch das weit hinter dem Dieselpartikelfilter entnom-mene, kühlere und partikelärmere Abgas, lassen sich folgende Vorteile erzielen:

• Bessere Füllung, da die Ansaugluft weniger aufge-heizt wird.

• Der Abgasvolumenstrom vor Turbine des Abgastur-boladers (ATL) wird nicht reduziert. Dadurch spricht der ATL bei Lastwechsel besser an.

• Da die AGR-Rate vor dem Verdichterrad des ATL zu-geführt wird, entfällt die Druckregelklappe und die damit verbundene Drosselung.

Die Niederdruck-AGR stellt wegen der höheren thermi-schen Belastung und auch durch leistungsmindernde Rückstände wie Partikel und Wasserdampf auf dem Verdichterrad äußerst hohe Anforderungen an den Abgasturbolader. Bei Euro-6-Motoren ist zusätzlich zur Hochdruck-AGR eine Niederdruck-AGR verbaut. Da-duck kann die Dynamik verbessert und der NOx-Aus-stoß nochmals gesenkt werden.

AGR-Rate (Bild 1). Wie dargestellt, sinkt bei steigender AGR-Rate die NOx-Konzentration im Abgas. Gleichzei-tig steigen aber die Konzentrationen an PM, CO und HC an. Aufgrund der sinkenden Verbrennungstemperatur erhöht sich zudem der Kraftstoffverbrauch. Hieraus er-gibt sich eine obere Grenze für die Abgasrückführungs-rate von 40 Vol-% … 45 Vol-%.

Verbrauch

NOx

SinnvolleAGR-Rate

Sch

adst

off

emis

sio

nen

Kra

ftst

off

verb

rau

ch

0

2

4

12g/kWh

8

10

6

90

95

100

120%

110

115

105

Abgasrückführungsrate0 10 20 30 40 50 60 % 70

HC

CO

Bild 1: Einfluss der AGR-Rate

Regelung der AGR-Rate. Sie wird vom Steuergerät über ein Unterdruckventil oder einen elektrischen Stell-motor geregelt. Sie ist abhängig von:

• Last/Drehzahl • Ladedruck

• Motortemperatur • Ansauglufttemperatur.

AGR-Regelung. Im Kennfeld des Motorsteuergeräts ist für jeden Betriebspunkt die Stellung des AGR-Ventils und der Druckregelklappe hinterlegt. Zur optimalen AGR-Regelung können folgende Sensorinformationen herangezogen werden:

Druckregelklappen-Potenziometer. Er meldet die aktu-elle Stellung der Druckregelklappe zurück an das Mo-torsteuergerät.

Heißfilm-Luftmassenmesser. Er misst die angesaugte Luftmasse. Durch die Differenz aus Ist- und abgeleg-

tem Kennfeldwert ohne AGR-Rate, kann die tatsächlich zugefürte AGR-Rate bestimmt werden.

Breitband-Lambdasonde. Über den Restsauerstoff-gehalt im Abgas können die Grenzen der max. AGR- Rate ermittelt werden.

Drucksensorglühkerzen (vgl. Seite 335). Auch der Druckverlauf wird bei Euro-6-Fahrzeugen zur Berech-nung der optimalen AGR-Rate mit einbezogen.

11.4.5 OXIDATIONSKATALYSATOR

Er entspricht im Aufbau einem Dreiwege-Katalysator eines Ottomotors (vgl. Seite 319). In ihm werden unver-brannte Kohlenwasserstoffe HC und Kohlenmon oxid CO oxidiert. Aufgrund des hohen Restsauerstoffanteils im Dieselabgas können Stickoxide (NOx) nicht reduziert werden. Deshalb wird er als ein Oxidationskatalysator (Zweiwege-Katalysator) bezeichnet.

Aufbau. Auf einem Keramik- bzw. Metallträger ist zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche eine Be-schichtung aus Aluminiumoxid aufgebracht (Bild 1, Seite 320). Auf dieser sogenannten „wash-coat“ be-findet sich der eigentliche Katalysator, bestehend aus 1 g … 2 g Platin und Palladium.

Die Edelmetalle als Katalysator stoßen die Oxidati-onsvorgänge an, ohne sich dabei zu verbrauchen.

Die wesentlichen Funktionen des Dieseloxidationska-talysators sind:

Oxidation von HC- und CO-Emissionen. Im Oxikat werden Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasser-stoffe (HC) zu Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O) oxidiert. Die Oxidation erfolgt ab einer gewissen Grenztemperatur (Light-off-Temperatur). Sie liegt je nach Abgaszusammensetzung, Strömungsgeschwin-digkeit und Katalysatordotierung bei 170 °C … 200 °C. Ab dieser Temperatur steigt die Oxidationsrate auf über 90 %.

Oxidation von NO zu NO2. Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO2 werden zusammen als NOx be-zeichnet. Der NO2-Anteil am NOx im motorischen Ab-gas beträgt in den meisten Betriebspunkten nur etwa 10 %. Der Oxikat sorgt schon bei niedrigen Tempera-turen für eine Erhöhung des Verhältnisses von NO2 zu NO. Ein hoher NO2-Anteil am NOx ist für die Funktion nachgelagerter Komponenten, wie dem Dieselparti-kelfilter bzw. dem SCR-Katalysator wichtig, um z. B. die Partikelabbrenntemperatur abzusenken.

Reduktion der Partikelmasse. Die vom Dieselmotor emittierten Partikel bestehen zum Teil aus Kohlenwas-serstoffen, die sich bei steigenden Temperaturen vom Partikelkern abspalten. Durch Oxidation dieser Kohlen-wasserstoffe kann die Partikelmasse (PM) um 15 % … 30 % reduziert werden.

1 MOTORMANAGEMENT DIESELMOTOR 355

11

Der Verbrennungsmotor dient ausschließlich der Erzeugung elektrischer Energie, falls die Kapazität der Batterie nicht ausreicht („On-Board-Stromerzeu-gung“).

Bei Bedarf schaltet eine Elektronik den Verbrennungs-motor zu. Damit wird die Reichweite des Fahrzeuges erhöht. Die Elektronik berücksichtigt dabei auch Navi-gationsdaten, z. B. das Ziel- und Streckenprofil bei Stei-gungen bzw. Gefällstrecken.

Dabei sind die folgenden Betriebszustände möglich:

1. Fahren: Der Verbrennungsmotor treibt den Generator an, der die Hochvolt-Batterie lädt. Über den Inverter wird der Motorgenerator mit Energie versorgt.

2. Fahren ohne Emission: Die Hochvolt-Batterie verfügt über genügend Energie für den Antrieb des Motor-Generators.

3. Rekuperation: Der Motor-Generator wird beim Bremsen als Genera-tor betrieben und lädt die Hochvolt-Batterie.

Als Verbrennungsmotoren können Otto-, Diesel- oder Wankelmotoren eingesetzt werden. Bei Bussen werden z. B. Dieselmotoren verwendet. Wankelmotoren haben den Vorteil, dass sie nahezu vibrationsfrei laufen sowie über geringe Abmessungen und ein niedriges Gewicht verfügen. Der Kraftstoffvorratsbehälter von Personen-kraftwagen hat ein Volumen von 10 bis 30 Liter.

■ Paralleles Hybrid-System (Bild 1)

Bei einem parallelem Hybrid-System treiben Ver-brennungsmotor und Elektromotor gemeinsam die Räder an.

Wechselstrom

+ / –

Getriebe Elektromotor/Generator

Batterie

Inverter

Ottomotor

Gleichstrom

Laden Antreiben

Bild 1: Paralleles Hybrid-System

Laden der Batterie. Der Elektromotor kann auch als Generator arbeiten und wird deshalb als Motorgene-rator bezeichnet. Die Batterie wird aufgeladen, indem er während der Fahrt mit dem Verbrennungsmotor oder beim Bremsen umgeschaltet wird (Rekuperati-on).

Antrieb. Die Verbindung zwischen dem Verbrennungs-motor und dem Elektromotor ist in diesem System starr, z. B. durch eine Verflanschung zwischen der Kur-belwelle und dem Elektromotor, der damit gleichzei-tig als Starter verwendet werden kann. Aufgrund der flachen Bauweise ist eine Anordnung zwischen Motor und Getriebe möglich (Bild 2).

Elektromotor

Bild 2: Paralleles Hybrid-System

Der Elektromotor (Permanenterregter Drehstrom-Syn-chronmotor) übernimmt gleichzeitig die Funktion einer Ausgleichswelle. Als Getriebe wird in der Regel ein CVT-Getriebe (Continuous Variable Transmission) ver-wendet.

Die Steuereinheit besteht aus der Batterie sowie der Leistungseinheit. Diese Leistungseinheit besteht aus Batteriesteuergerät, Spannungswandler und Lüfter-motor. Die Antriebseinheit im vorderen Teil des Fahr-zeugs wird über eine Hochspannungsleitung mit elek-trischer Energie versorgt (Bild 1, Seite 373).

13

372 13 ALTERNATIVE ANTRIEBSKONZEPTE

Zum Schutz vor hohen Temperaturen werden die fol-genden Bauteile gekühlt (Bild 1):

• Drehstromantrieb/Elektromotor• Ladegerät für die Hochvolt-Batterie • Hochvolt-Batterie• Leistungs- und Steuerelektronik für den

Elektromotor

Die Temperatur des Kühlmittels beträgt bis zu 65 °C und wird durch das Motorsteuergerät elektronisch über-wacht und geregelt.

Für die Beheizung des Innenraums existiert ein weite-rer Kühlkreislauf. Dieser besteht aus der Pumpe für den Kühlmittelumlauf, der Hochvolt-Heizung (PTC) sowie dem Heizungswärmetauscher.

Radnabenantrieb. Der Antrieb eines Elektrofahrzeugs kann alternativ auch mithilfe von Radnabenmotoren erfolgen. Dabei verfügt jedes angetriebene Rad über einen eigenen Motor. Bei dieser Art des Antriebs entfal-len die Antriebsachswellen. Dadurch wird der Aufbau vereinfacht.

On-Board-Ladesystem. Elektrisch angetriebene Kraft-fahrzeuge verfügen in der Regel über zwei Batterie-La-desysteme:

• Laden mit Wechselstrom. Dabei nutzt das System den im Fahrzeug integrierten Spannungswandler (On-Board-Ladeeinheit). Dieses System erlaubt das Aufladen des Fahrzeuges über eine herkömmliche einphasige 230 V/16 A-Steckdose. Die Ladeleistung ist durch das Ladegerät auf max. 3600 Watt begrenzt.

M

Drehstrom-antrieb

Heizungs-wärmetauscher

Ladegerät

kaltesKühlmittel

warmesKühlmittel

Druckausgleichs-kühlmittel

Hochvolt-Heizung (PTC)

Leistungs- und Steuerelektronik

Ausgleichsbehälter

Kühler

Pumpe für Kühlmittelumlauf

Bild 1: Kühlsystem

SimKfzEFA

• Laden mit Gleichstrom. Ein Schnellladesystem er-möglicht den Anschluss an die speziellen Schnell-ladestationen der Energieversorger. Dabei wird die Hochvolt-Batterie direkt versorgt. Der Gleichstrom wird in der Ladeeinrichtung erzeugt und hat eine max. Leistung von 170 kW. Damit kann eine vollstän-dig entladene Batterie in ca. 30 Minuten zu 80 % ihrer Kapazität aufgeladen werden.

Inverter (Gleichstromrichter). Er wandelt die Gleich-spannung der Batterie in eine Wechselspannung für den elektrischen Antriebsmotor. Der DC/DC-Wandler versorgt die 12-V-Fahrzeugbatterie für Nebenaggre-gate sowie elektrische Zubehör- und Ausstattungs-systeme.

Elektrische Komponenten. In einem Elektrofahrzeug werden verschiedene Komponenten elektrisch ange-trieben:

• Lenkkraftunterstützung für die Lenkung• Vakuumpumpe für den Bremskraftverstärker• Klimakompressor• Fahrzeugheizung

Der Klimakompressor und die Fahrzeugheizung wer-den über die Hochvolt-Batterie betrieben.

Damit kann sowohl die Klimaanlage als auch die Hei-zung des Fahrzeugs im Stand betrieben werden.

Standklimatisierung. Die Temperatur im Innenraum des Fahrzeugs kann per Fern- oder Zeitsteuerung ge-regelt werden.

13

380 13 ALTERNATIVE ANTRIEBSKONZEPTE

Das Batterie-Management sorgt dafür, dass die Gren-zen nicht über- bzw. unterschritten werden. Für die Größe der Batterie bedeutet dies, dass sie grundsätz-lich überdimensioniert sein muss, damit die Grenzen des Arbeitsbereiches nicht überschritten werden.

Der obere Grenzbereich darf nicht überschritten wer-den, damit bei längerer Bergabfahrt die Batterie in der Lage ist, weiterhin Energie zu speichern. Droht die Batterie dennoch zu überladen, schaltet das Batterie- Management den Ladevorgang ab.

Der untere Grenzbereich darf nicht unterschritten wer-den, damit eine Beschleunigung des Fahrzeugs durch den elektrischen Antrieb („Boost-Funktion“) gewähr-leistet ist.

■ Kühlung

Die Lebensdauer und Leistung der Akkumulatoren hängt im Wesentlichen von ihrer Betriebstemperatur ab. Hohe Temperaturen zerstören die Zellen und bei zu niedrigen Temperaturen laufen die elektrochemi-schen Vorgänge nur langsam ab. Die optimale Be-triebstemperatur liegt bei ca. 20 °C.

Eine Arbeitstemperatur von 45 °C bis 60 °C sollte nicht überschritten werden.

Die Batterien können z. B. über ein Gebläse mit der Luft aus dem Innenraum gekühlt werden. Dabei wird durch einen Kanal die Luft aus dem Innenraum unter der hin-teren Sitzbank zur Akkumulatoren-Einheit im Koffer-raum geführt (Bild 1).

Kanal

Fahrzeuginnenraum

Batterie

Bild 1: Gebläsekühlung der Akkumulatoren

Andere Möglichkeiten sind die Kühlung durch das Kühlwasser aus dem Kühlkreislauf oder die Kühlung durch die Fahrzeug-Klimaanlage.

13.8 LEISTUNGSELEKTRONIKDie Leistungselektronik im Hybridfahrzeug (Bild 1, Sei-te 392) hat folgende Aufgaben:

• Umwandlung der Gleichspannung in Wechselspan-nung (DC → AC) und Umwandlung der Wechselspan-nung in Gleichspannung (AC →DC)

• Veränderung des Gleichspannungswertes • Laden der Hochvolt-Batterie• Antrieb der Motorgeneratoren und des Klimakom-

pressors

Gleich- bzw. Wechselrichtung. Die Antriebsmotoren (MG1 und MG2) und der Antriebsmotor des Klimakom-pressors benötigen Drehstrom. Dieser wird mithilfe einer Wechsel- und Gleichrichter-Schaltung erzeugt. Wenn MG1 und MG2 als Generatoren arbeiten, wird die erzeugte Drei-Phasen-Wechselspannung in Gleich-spannung umgewandelt.

Wandlung und Verstärkung der Gleichspannung. Bei einem Hybridfahrzeug wird die elektrische Anlage in verschiedenen Spannungsbereichen betrieben:

• Spannung Bordnetz, z. B. 12 Volt• Spannung Hochvolt-Batterie und Aggregate, z. B.

201,6 Volt • Spannung Antriebsmotoren, z. B. 650 Volt

Laden der Hochvolt-Batterie. Während des Bremsvor-gangs und im Schiebebetrieb arbeiten MG1 und MG2 als Generatoren.

Über die Gleichrichtung im Inverter und den Gleich-spannungswandler wird die Hochvolt-Batterie gela-den.

Antriebsmotoren MG1 und MG2. Die Spannung der Hochvolt-Batterie wird im DC/DC-Wandler auf die hö-here Spannung für die Motorantriebe gewandelt, z. B. von 201,6 Volt auf 650 Volt. Anschließend erfolgt im Inverter durch die Wechselrichter-Schaltung die Um-wandlung in Drehstrom für die elektrischen Antriebe MG1 und MG2.

Aufbau und Funktion der Leistungselektronik. Die Spannungsversorgung der Leistungselektronik er-folgt durch die Hochvolt-Batterie über die Sicher-heitsrelais. Die Leistungselektronik des Inverters wandelt mithilfe eines Gleichspannungswandlers (DC/DC-Wandler) die Spannung der Hochvolt-Batterie in die Betriebsspannung für die elektrischen Antriebs-motoren um.

Für die Erzeugung des Drehstroms stehen für jeden der Antriebsmotoren MG1 und MG2 je eine Wechsel-richterschaltung mit jeweils sechs Transistoren zur Verfügung.

Ansteuerung der Transistoren. Sie erfolgt durch ein in-tegriertes Steuergerät. Als Transistoren werden IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) verwendet.

IGBTs sind elektronische Halbleiterelemente, bei de-nen ein Feldeffekttransistor einen bipolaren Transistor ansteuert.

13 ALTERNATIVE ANTRIEBSKONZEPTE 391

13

13.13 SICHERHEITSLINIE

■ System Sicherheitslinie in HV-Fahrzeugen

Die Sicherheitslinie (Pilotlinie, Interlockkreis) ist eine Leitung, die durch alle Hochvolt-Komponenten ver-läuft (Bild 1). Mithilfe der Sicherheitslinie wird das Abziehen einer Hochvolt-Leitung, des Wartungs-/Servicesteckers oder die Demontage einer Abde-ckung mit Pilotlinienkontakt erkannt. Dadurch wird das Hochvolt-System abgeschaltet.

Bei „Zündung an“ legt ein Steuergerät der Hoch-volt-Komponenten eine Spannung (meist 12-V-Bord-spannung) an. Ein anderes Steuergerät (meist Batte-riesteuergerät) überwacht die Stromstärke und/oder Spannung auf der Sicherheitslinie.

Wird der Strom auf der Sicherheitslinie unterbrochen (z.B. Zündung aus), erkennt dies das Steuergerät. Da-raufhin öffnet das Batteriesteuergerät die Leistungs-schalter (Schütze, Bild 2) in der Hochvolt-Batterie und das Hochvolt-System ist abgeschaltet.

Sicherheitslinie

Wartungsstecker

HV-Batterie

E-Maschine

Leistungs-elektronik

Klimakompressor

Bild 1: Sicherheitslinie

■ Abschaltung HV-System über Sicherheitslinie

Dies sollte möglichst vermieden werden, da ein Öffnen der Schütze unter Last (z.B. durch Unbefugtes Entfer-nen einer Abdeckung eines Hochvolt-Bauteils) zum Ab-brennen der Schützkontakte führt. Ein Festkleben der Kontakte kann die Folge sein.

An-schluss

HV-Batterie

An-schluss HV-Netz

Bild 2: HV-Schütze

13.14 WARTUNGSSTECKER

■ System Wartungsstecker in HV-Fahrzeugen

Der Wartungsstecker (Servicestecker) ermöglicht das gefahrlose Freischalten des Hochvolt-Systems.

Wartungsstecker (Bild 3). Er ist an gut zugänglicher Stel-le, meist direkt an der Hochvolt-Batterie, eingebaut.

Das Entriegeln erfolgt in zwei Stufen:

Erste Stufe. Sie trennt die Sicherheitslinie. Dadurch öffnen die Leistungsschalter (Schütze) in der Hoch-volt-Batterie. Danach ist das Hochvolt-System span-nungsfrei. Dadurch wird das Entstehen von Lichtbogen beim Trennen der Hochvolt-Leitungen oder der Batte-riehälften verhindert.

Zweite Stufe. Der Wartungsstecker kann nun abgezo-gen werden. Es werden entweder die Hochvolt-Leitun-gen oder die Batteriehälften voneinander getrennt.

Zusätzlich kann im Wartungsstecker die Hauptsiche-rung des Hochvolt-Systems eingebaut sein.

Bauarten

Beim Wartungsstecker (Bild 3) wird die Sicherheitslinie sowie die Klemme 30C (Crash-Signal) unterbrochen. Er ist vor unbefugtem Zugriff durch ein Vorhängeschloss gesichert. Das Batteriesteuergerät öffnet die Leis-tungsschalter (Schütze).

Interlock

Sicherung

HV-Batterie

Bild 3: WartungssteckerBild 4/5: mit Interlock/Sicherung

Bild 6: Ziehen des Wartungssteckers

WERKSTATTHINWEIS

Rote Lasche herausziehen, rote Lasche hochdrücken und schwarzen Stecker aus grünem Gehäuse ziehen.

Zusätzliche Schutzeinrichtungen in HV-Fahrzeugen:

• Kühlsystem zur Einhaltung der Temperaturgren-zen von Hochvolt-Batterien

13

402 13 ALTERNATIVE ANTRIEBSKONZEPTE

13.20 FLÜSSIGGASANTRIEBEFlüssiggas bzw. LPG (Liquified Petroleum Gas) ist ein Gemisch aus Propan und Butan. Flüssiggas wird auch als Autogas bezeichnet. Fahrzeuge mit Ottomotoren können durch entsprechende Umbauten mit Autogas betrieben werden.

Ähnlich wie Erdgas verfügt Flüssiggas über gute Ver-brennungseigenschaften bei niedrigen Schadstoff-emissionen. Nachteilig ist der in der Praxis höhere Kraftstoffverbrauch von ca. 10–20 % gegenüber dem Betrieb mit Ottokraftstoff.

Flüssiggasantriebe werden in der Regel in Kombinati-on mit dem Benzinbetrieb in Ottomotoren eingesetzt (bivalenter Antrieb). Zu diesem Zweck müssen zusätz-liche Komponenten im Fahrzeug eingebaut werden. Die Umrüstung auf Flüssiggasantrieb ist prinzipiell bei allen Ottomotoren möglich.

13.20.1 AUTOGASANLAGE FÜR MOTOREN MIT BENZIN-SAUGROHREINSPRIT-ZUNG (INDIREKTE EINSPRITZUNG)

Wirkungsweise. Das im Flüssiggasbehälter unter Druck gespeicherte Flüssiggas gelangt über den Ver-dampfer zum Gasmengenverteiler (Bild 1). Die Gas-düsen im Saugrohr werden durch das Steuergerät bedarfsgerecht bestromt und damit geöffnet. Das Gas vermischt sich mit der angesaugten Luft und gelangt nachfolgend als Gas-Luft-Gemisch in den Verbren-nungsraum.

Steuer-gerätGas

DrucksensorPressure

vomSaugrohr

Verdampfer/Druckregler Trockengas�lter

Kühl-wasser

Gasdüsen

Gasmengenverteiler

Tempe-ratur-sensor

Einspritzventile(Benzin)

Kl. 15 (+)

Masse (–)

Gasabsperr-magnetventil (+)

Gasabsperr-magnetventilMasse (–)

Drehzahlsignal

UmschalterBenzin/Gas

Tankanzeige

Diagnoseanschluss

Temperatursensor

SteuergerätMotormanagement

Lambda-Sonde

Flüssiggasbehältermit Sicherheitsventil(10 bar)

Bild 1: Flüssiggas-Anlage für Benzinmotoren mit Saugrohreinspritzung

Flüssiggastank. Das Flüssiggas wird mit einem Druck von ca. 10 bar gespeichert. Der mechanische Füll-standssensor beendet den Tankvorgang selbststän-dig, wenn ein Füllstand von ca. 80 % erreicht ist. Das verbleibende Volumen im Gastank wird als Gaspols-ter benötigt, um die Ausdehnung des Autogases bei Temperaturschwankungen auszugleichen. Bei nach-gerüsteten Flüssiggasanlagen wird der Tank aus Stahl-blech in der Regel in der Reserveradmulde eingebaut. Aber auch der Einbau eines zylindrischen Stahltanks im Gepäckraum oder die Unterflur-Montage mehrerer kleiner Zylindertanks ist möglich. Unabhängig von der Bauart verfügt der Tank über ein Sicherheitsventil, das bei ca. 30 bar öffnet.

Elektronisches Steuergerät (Gas). Es verarbeitet die folgenden Informationen:

• Temperatur von Verdampfer/Druckregler• Saugrohrdruck/Gasdruck • Temperatur im Gasmengenverteiler• Einspritzzeit der Benzineinspritzventile• Signal Lambda-Sonde• Drehzahl• Stellung des Umschalters Benzin/Gas• Tankanzeige

Das elektronische Steuergerät steuert die Magnetven-tile in Abhängigkeit der Sensorsignale an. Hauptsteuer-größen sind die vom Motorsteuergerät vorgegebenen Einspritzzeitpunkte und -zeiten der Benzineinspritzung. Die Benzineinspritzsignale werden mithilfe von Y-An-schlüssen abgegriffen und an das LPG-Steuergerät ge-leitet. Dieses berechnet daraufhin die entsprechenden 13

410 13 ALTERNATIVE ANTRIEBSKONZEPTE

14.4.3 WARTUNGSARBEITEN UND FEHLERSUCHE AN SCHALTGETRIEBEN

■ Prüfungen zur Lokalisierung von Fehlern und Störungen

• Sichtprüfungen, z. B. an Getriebeaufhängung und Schaltgestänge

• Geräuschprüfungen, z. B. Zahn- und Lagergeräusche bei Leerlauf und Lastwechsel

• Funktionsprüfungen, z. B. Synchronisierung beim Gangwechsel

■ Wesentliche Wartungsarbeiten

• Ölstand prüfen, ggf. richtigstellen

• Schaltung auf Leichtgängigkeit und Funktion prüfen

• Ölwechsel, soweit vorgeschrieben, nach Hersteller-vorschrift durchführen

• Getriebegehäuse auf Dichtheit prüfen

Tabelle 1: Fehlersuche

Fehler/Störung Ursache Abhilfe

Schaltung hakt Schaltgestänge verbogen

Getriebeaufhängung defekt

Falsche Einstellung

Defekte Bauteile ersetzen

Einstellung korrigierenGang springt heraus Schaltgabel verbogen

Schaltverzahnung abgenutzt

Schaltarretierung defekt

Motor- oder Getriebeaufhängung schadhaft

Schaltgabel ersetzen

Zahnräder ersetzen

Aufhängungsteile erneuernGetriebe synchronisiert schlecht

Synchronring verschlissen

Falsches Getriebeöl eingefüllt

Synchronringe ersetzen

Vorgeschriebenes Getriebeöl verwendenGetriebegeräusche beim Fahren unter Last

Getriebelager defekt

Verzahnung schadhaft

Getriebelager ersetzen

Zahnräder ersetzenUndichtheit am Gehäuse Dichtringe, Dichtungen undicht Defekte Teile ersetzen

WIEDERHOLUNGSFRAGEN

1 Warum ist in einem Fahrzeug mit Verbrennungs-motor ein Wechselgetriebe notwendig?

2 Welche Aufgaben hat das Wechselgetriebe im Kraftfahrzeug?

3 Was versteht man unter dem elastischen Bereich eines Verbrennungsmotors?

4 Erklären Sie den Begriff Übersetzungsverhältnis am Beispiel einer einfachen Zahnradpaarung.

5 Wie wirkt sich eine Übersetzung i > 1 auf die Drehmomentwandlung und Drehzahlwandlung in einem Getriebe aus?

6 Wie unterscheiden sich gleichachsige und un-gleichachsige Getriebe?

7 Ein Schaltgetriebe hat im 1. Gang eine Überset-zung von i = 3,5 und im 5. Gang eine von i = 0,73. Wie werden durch diese Übersetzungen ein Mo-tordrehmoment von 100 nm und eine Motordreh-zahl von 1000 1/min gewandelt?

8 nach welchen Gesichtspunkten unterscheidet man handgeschaltete Wechselgetriebe?

9 Unter welcher Bedingung ist es möglich, dass in einem Getriebe mehrere Zahnradpaarungen stän-dig miteinander laufen?

10 Wie wird bei Schaltmuffengetriebe der Kraftfluss zwischen Schaltrad und Getriebewelle hergestellt?

11 Über wie viele Zahnradpaarungen verläuft der Kraftfluss in einem gleichachsigen, über wie viele in einem ungleichachsigen Wechselgetriebe?

12 Welche Aufgaben haben Synchronisiereinrichtun-gen in Schaltmuffengetrieben?

13 nennen Sie die Bauteile der einfachen Konus-Syn-chronisierung.

14 Erklären Sie die Synchronisiervorgänge und Sperrvorgänge bei der einfachen Konus-Synchro-nisierung.

15 Welche Vorteile hat die Mehrfach-Synchronisie-rung gegenüber der Einfach-Synchronisierung?

16 Erklären Sie den Aufbau einer Synchronisierein-richtung mit doppelter Synchronisierung?

17 In welchen Gängen werden die Einfach-, die Dop-pelte-, und die Drei-Konen-Synchronisation ver-wendet?

18 Welche Wartungsarbeiten sind an Wechselgetrie-ben durchzuführen?

19 Wie können Fehler an Wechselgetrieben lokali-siert werden?

20 Welche Fehler können vorliegen, wenn ein Gang rausspringt?

21 Ein Getriebe synchronisiert schlecht. Geben sie mögliche Ursachen an.

14

430 14 AnTRIEBSSTRAnG

15.6.1 2D-ACHSVERMESSUNG

Bei der 2DComputerAchsvermessung wird die geometrische Fahrachse automatisch vom System als Bezugsachse verwendet.

Drehuntersatz

Fahrzeuglängs-mittelachse

Schiebeuntersatz

geometrischeFahrachsen

Drehuntersatz

Messwert-aufnehmer

Messwert-aufnehmer

BildschirmMesswert-aufnehmer

Messwertaufnehmer Messwertaufnehmer

–+

–+

–+

–+

– + –+

– +–+ –+

Bild 1: ComputerAchsvermessung

SimKfzEFA

■ Vorbereitende Arbeiten zur Vermessung• Fahrzeug auf waagrechte Fläche oder Hebebühne

stellen.• Reifenverschleißbild, Reifen und Felgengröße, Rei

fenluftdruck, Radlager, Spurstangengelenke und Radaufhängungsteile auf Spiel und Beschädigung prüfen.

• Beladungszustand nach Herstellervorschriften herstellen.

• Fahrzeug anheben und unter die Vorderräder Drehuntersätze, unter die Hinterräder Schiebeuntersätze legen.

• Rechner einschalten und Kommunikation mit Messwertaufnehmer herstellen.

• Fahrzeugdaten in Rechner eingeben.

Bild 2: Halter für Messwertaufnehmer am Rad montiert

• Felgenschlagkompensation durch Drehen der Räder bei waagrechten Messwertaufnehmern durchführen (Bild 3).

• Die Räder langsam eine Umdrehung drehen, bis entsprechendes Rad grün unterlegt ist.

Bild 3: Felgenschlagkompensation

• Fahrzeug aufsetzen und Arretierungen an den Untersätzen lösen.

• Fahrzeug mehrmals durchfedern.• Einsetzen eines Bremsenspanners/Pedalstütze.

■ Eingangsvermessung• Messwerte des Fahrzeugs mithilfe des menügeführ

ten Programms durchführen.• Spurwerte ermitteln. Hierbei muss das Lenkrad in

Geradeausstellung gedreht und zur Ermittlung der Einstellwerte entsprechend den Vorgaben des Programms gedreht werden (Bild 4).

Bild 4: Ermittlung der Spurwerte

■ Dokumentation und Einstellung• Messprotokoll ausdrucken. Werte, die außerhalb der

Toleranz liegen, werden rot unterlegt.• SollIstwertVergleich durchführen und notwendige

Einstellarbeiten vornehmen.• Nach den Einstellarbeiten eine Kontrollmessung

durchführen.• Ergebnisprotokoll zur Dokumentation ausdrucken.

15 FAHRWERK 491

15

sem Befestigungspunkt und dem Federteller am Dämpferrohr befindet sich eine Schraubenfeder. Wegen der Brems, Beschleunigungs und Seitenführungskräfte sind Kolbenstange und Kolbenstangenführung besonders kräftig ausgeführt. Das Domlager muss große axiale Kräfte aufnehmen und große Verdrehwinkel bei Lenkachsen ermöglichen. Der Radkasten ist deshalb am oberen Befestigungspunkt verstärkt.

■ Mehrlenker-VorderachsenBei MehrlenkerVorderachsen werden die Längs und Querkräfte von unterschiedlich gelagerten Lenkern aufgenommen. In Querrichtung sind ihre Lager steif ausgelegt. In Längsrichtung sind die Lenker weich abgestimmt.

Vierlenker-Vorderachse (Bild 1). Bei MehrlenkerVorderachsen sind die Dreieckslenker durch einzelne Lenker ersetzt. Bei der VierlenkerVorderachse bilden je ein Trag und Führungslenker die untere, zwei Führungslenker die obere Ebene.

Führungslenker

Traglenker

Bild 1: VierlenkerVorderachse

Fünflenker-Vorderachse (Bild 2). Die FünflenkerVorderachse besteht im oberen Teil aus je einem Trag und Führungslenker und der untere Teil aus zwei Führungslenkern. Der fünfte Lenker wird von der Spurstange gebildet. Die Lenkkraft wird über die Spurstangen direkt in die Räder übertragen.

Führungslenker

Führungslenker

Traglenker

Spurstange

Bild 2: FünflenkerVorderachse

15.7.5 HINTERACHSEN

■ Starrachse mit integriertem AntriebDie Starrachse besteht aus einem Gehäuse für den Achsantrieb mit Ausgleichsgetriebe, Rohren für die Antriebswelle und den Radträgern zur Aufnahme der Bremsanlage. Aufgrund der Stabilität sind hohe Zuladungen möglich.

Nachteilig ist bei dieser Achsbauart die große ungefederte Masse, wodurch sich Fahrkomfort und Fahrsicherheit vermindern. Bei Nutzfahrzeugen erfolgt die Befestigung am Rahmen oder an der Karosserie durch Blattfedern (Bild 3). Diese können neben der Federung auch Radführung in Längs oder Querrichtung übernehmen. Alternativ können Schraubenfedern oder Luftfedern verwendet werden.

Blattfeder

Achsrohr Stoßdämpfer

Ausgleichs-getriebe

Bild 3: Starrachse mit integriertem Antrieb

■ Starrachsen mit getrenntem AntriebDe Dion-Achse (Bild 4). Um die großen ungefederten Massen der angetriebenen Starrachse zu vermindern, wird der Antrieb von der Starrachse getrennt und am Aufbau befestigt. Die Kraftübertragung erfolgt über je zwei Gelenkwellen mit Längenausgleich.

Antriebswellen

Querlenker

starrer U-förmigerHinterachsträger

Bild 4: De DionHinterachse

Die Seitenführung des starren Uförmig gebogenen Hinterachsrohres kann erfolgen durch:

• Zwei Querlenker • Ein Wattgestänge • Einen Panhardstab

15

498 15 FAHRWERK

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

90007000500030001000 N

N

195/60 R14

185/70 R13

165/80 R13

Schräglaufwinkelα= 5°

Radlast FN

Sei

ten

kraf

t F S

Bild 1: Seitenkraftaufbau für Radialreifen

■ Unwucht – AuswuchtenDie Masse eines RadReifensystems ist aufgrund von Fertigungstoleranzen ungleichmäßig über den ganzen Umfang verteilt. An den Stellen mit der größten Masse tritt Unwucht auf, d. h. bei einem drehenden Rad entstehen Fliehkräfte, die umso größer sind je größer die Masse ist und je höher die Drehzahlen sind (Bild 2).

0

100

200

300

400

500

600

700

100 g

50 g

25 g

50 100 150 200km/h

N

Fahrgeschwindigkeit v

Flie

hkr

aft

F C

Bild 2: Fliehkräfte an einem Reifen 195/65 R 15

Es werden zwei Arten von Unwucht unterschieden:

• Statische Unwucht• Dynamische Unwucht.

Statische Unwucht (Bild 3). Sie ist vorhanden, wenn der Reifen eine schwere Stelle hat (m1). Der Fehler kann durch Auspendeln sichtbar gemacht werden. Die schwerste Stelle des Rades kommt unten zur Ruhe.

Auswuchten – statisch. Damit das Rad beim Auspendeln in jeder Lage stehen bleibt, muss die Summe aller Momente um die Drehachse des Rades gleich null sein.

M1 = M2 G1 · r1 = G2 · r2

Gegenüber der schwersten Stelle des Rades muss eine Masse m2 mit der Gewichtskraft G2 an der Felge be

festigt werden, die so groß ist, dass das entstehende Drehmoment M1 entspricht. Das Rad ist statisch ausgewuchtet (Bild 3).

Raddrehachse

M2

M1m1

m2

G1

G2r1

r2

M1 = M2G1 · r1 = G2 · r2

Bild 3: Auswuchten statisch

SimKfzEFA

Auswirkungen von statischer Unwucht

Im Fahrbetrieb bewirkt die Masse m1 eine Fliehkraft die bei höheren Drehzahlen zum Springen des Rades auf der Fahrbahn führt. Dies bewirkt Lenkunruhe und erhöhten Verschleiß von Reifenlauffläche und Radaufhängung.

Dynamische Unwucht (Bild 4). Bei einem Rad liegt die Unwuchtmasse m1 selten in der gleichen Ebene wie die an der Felge angebrachte Ausgleichsmasse m2. Das Rad ist zwar statisch ausgewuchtet, bei höheren Drehzahlen bewirken die Fliehkräfte an m1 und m2 ein Drehmoment quer zur Radbefestigungsebene und bringen das Rad zum Taumeln. Das Rad hat in diesem Fall eine dynamische Unwucht. Liegt die Unwuchtmasse m1 wie im Bild 4 in der Radbefestigungsebene, so erzeugt nur die Masse m2 ein Drehmoment MC2 quer zur Radbefestigungsebene.

Raddrehachse

MC2

m1

m2

FC1 MC2 = FC2 · rC2

Radbefestigungsebene

rC1 = 0

FC2

rC2

MC1 = 0

Bild 4: Dynamische UnwuchtSimKfzEFA

Auswuchten – dynamisch (Bild 1, Seite 529). Durch Anbringen einer zusätzlichen Ausgleichsmasse m3 an der Innenseite der Felge kann das entstehende Drehmoment MC3 das Drehmoment MC2 ausgleichen. Das Rad ist dynamisch ausgewuchtet. Größe und Lage der Ausgleichsmassen m2 und m3 werden an der Auswuchtmaschine so ermittelt, dass die Momente um die Raddrehachse ebenfalls annähernd null sind (M1 = M2 + M3). Ansonsten würde das Rad trotz dynamischer Auswuchtung springen.

15

528 15 FAHRWERK

15.12.21 BREMSASSISTENT (BAS)

Der Bremsassistent sorgt im Fall einer Panikbremsung des Fahrers sofort für die maximale Bremskraftverstärkung. Dadurch verkürzt sich der Bremsweg erheblich. BASSysteme sind seit 2011 für alle neuzugelassenen Pkw und Lkw in der EU vorgeschrieben.

Viele Fahrer bremsen in kritischen Situationen zwar schnell, treten aber nicht stark genug auf das Bremspedal. Der Bremsweg wird dadurch länger als nötig und es kann zu Unfällen kommen.

Im Bild 1 ist ein Vergleich der Bremsverzögerungen zwischen einem guten und normalen Fahrer beim Beginn einer Bremsung dargestellt. Je schneller die maximale Verzögerung erreicht ist, desto schneller steht das Fahrzeug.

FahrermitBAS

Bre

ms-

verz

öger

ung 10

642

0,2 0,4 0,6 s 1

Bremsweg

kürzester Bremsweg mit BAS längererBremsweg

Zeit

guter Fahrerohne BAS

normaler Fahrerohne BAS

ms2

Bild 1: Bremsverzögerung BAS

Aufbau. Der Bremsassistent (Bild 2) besteht aus folgenden Komponenten:

• FDRSteuergerät mit integrierter Bremsassistentfunktion

• Pedalwegsensor• Löseschalter• Schaltmagnet

Wirkungsweise

Durch die Pedalbewegung ergibt sich eine Widerstandsänderung im Pedalwegsensor. Diese wird an das FDRSteuergerät gemeldet. Erkennt das Steuergerät eine hohe Betätigungsgeschwindigkeit, wie z. B. bei einer Notbremsung, so werden pneumatische und hydraulische BASBremssysteme aktiv.

Pneumatisch. Der Schaltmagnet des Bremskraftverstärkers wird betätigt. Dieser belüftet die Arbeitskammer des Bremskraftverstärkers, wodurch sich die volle pneumatische Verstärkerkraft aufbaut. Erst nach Lösen der Bremse, wenn das Bremspedal wieder seine Ruhestellung erreicht, wird der Schaltmagnet des BKV durch den Löseschalter abgeschaltet.

Hydraulischer Bremsassistent (HBA) (Hydraulik Brake Assist). Hierbei werden alle Räder im Bedarfsfall mit dem vollen Druck der FDRHydraulikpumpe angesteuert. Es kommt zur Vollbremsung. Die ABSRegelfunktion verhindert ein Blockieren der Räder.

Pedalwegsensor

zumHauptbrems-zylinder

Membran-teller

Magnetspule

Löseschalter

Arbeits-kammer

UnterdruckkammerSteuergerät

Schaltmagnet

Bild 2: Bremsassistent

SimKfzEFA

Erkennt das Steuergerät Fehler, wird der Bremsassistent abgeschaltet. Der Ausfall wird durch eine gelbe Warnleuchte angezeigt.

15.12.22 NOTBREMSASSISTENT, ACTIVE BRAKE ASSIST (ABA)

Durch den Notbremsassistenten sollen Unfälle vermieden bzw.